2022年基于虚拟仪器的电子秤设计.pdf
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1、基于虚拟仪器的电子秤设计课程设计说明书(2016 /2017 学年第一学期 ) 课程名称: 测控系统工程设计题目 :基于虚拟仪器的电子秤设计专业班级: 学生姓名: 学号 : 指导教师: 设计周数: 一周设计成绩: 20 年 月日精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计目录绪 论2 1、 设计的目的3 2、 原始数据与主要任务及技术要求3 2、1 原始数据与主要任务3 2、2 技术要求3 3、 电子称系统的硬件部分
2、简述3 3、1实验原理 3 3、2实验步骤 4 3、3 软件流程4 3、4 数据采集5 4、 电子称系统软件设计5 4、1 用户界面设计5 4、2 框图程序设计6 4、 2、 1 主控模块6 4、 2、 2 数据采集模块7 5、 电子称测试系统的调试11 5、1 硬件的安装调试精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计11 5、2 软件的调试11 5、2、1 U18 数据采集卡11 5、2、2 开启程序14 5、2
3、、3 程序的调试14 6、 总结14 7、 参考文献15 绪论随着人们对电子称测量数据的精确要求越来越高, 电子称已成为现实生活中不可缺少的称重仪,即电子称就是各行业对物料进行计量或工矿业在生产过程中对物料重量进行各种控制的新一代重量计量器具。 作为重量测量仪器, 虚拟仪器电子秤在各行各业中开始显现其测量精度高, 测量速度快 ,操作简单易学 , 可以实时监控的巨大优点, 使其已经开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称, 成为测重领域的主流产品. 结合压力传感器技术、数据采集技术与虚拟仪器技术开发设计了一种基于LabVIEW 的虚拟仪器电子秤, 该系统采用普通Pc机为主机 , 利用图形化可视测试软件
4、LabVIEW 为软件开发平台 , 将被测重量转换处理进行数据采集, 实时进行处理、显示. 设备成本低 , 使用方便灵活, 适用于工厂企业与教学。选择 labview软件就是因为LabVIEW就是美国 National Instruments(简称 NI) 公司推出的一个图形化软件开发环境, 它就是一个通用的软件开发平台, 其最大优势在于测控系统的开发。它不仅提供了几乎所有经典的信号处理函数与大量现代的高级信号分析工具 , 而且 LabVIEW 程序还很容易与各种数据采集硬件集成 , 可以与多种主流的工业现场总线通信以及与大多数通用标准的实时数据库链接。这种编程方式强调信号处理的实际过程, 编
5、程简单 , 调试方便。本文的主题就是“基于虚拟仪器的电子称设计”,基于 labview7 、1 express 平台编程设计的。主要阐述了硬件电路构成, 软件设计的思想与具体实现, 系统应用虚拟仪器进行数据采集、处理与显示, 从而实现电子称的设计功能, 它具有测量精度高、界面友好、运行稳定可靠、功能便于扩展。且本文对上述的功能模块逐一进行了分析, 并进行了整个测试系统的程序调试与研究。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器
6、的电子秤设计1、设计的目的虚拟仪器技术就是测试技术与计算机技术相结合的产物, 它融合了测试理论、 仪器原理与技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形化软件编程技术于一身, 实现了测量测试仪器的集成化、智能化、多样化及可编程化, 本课程设计的目的旨在帮助学生学习与了解虚拟仪器的原理与开发技术, 掌握虚拟仪器软件平台LabVIEW的主要编程方法及调试技术, 并完成相应的电子秤设计。2、原始数据与主要任务及技术要求2、1 原始数据与主要任务了解电阻应变式传感器的工作原理; 掌握桥式测量与差动放大电路的工作原理; 确定上位机监控系统的控制方案; 利用 LabVIEW软件编制上位机监控系统界面, 实现
7、电子秤的基本测量功能,建立实时显示曲线 , 并设定相应的标定系统; 对本次课程设计进行总结, 撰写课程设计报告。2、2 技术要求设定相应的“零”标定功能系统与两个10 克砝码来标定系统; 实现电子秤的基本测量功能,并进行同步动画显示重量; 要求系统操作简单, 使用方便 , 满足用户要求; 课程设计报告书写规范, 文字通顺 ,图表清晰 , 数据完整 , 结论明确。3、电子称系统的硬件部分简述3、1 实验原理 : 1)本实验的压力传感器就是电阻应变式传感器, 故其电阻变化与电阻的关系如下: ssssRKR其中 :sK为灵敏系数 , 由金属材料决定; 当压力 F 在一定范围内时,s以一个常数正比于F
8、。故由压力传感器连接线路及压力传感器的性质, 可知电路的 CH2 电压输出与压力传感器上所放置物体的质量近似成线性关系, 因而有 : m=a*F+b (a,b 为常数 ) 通过测试 , 可得到经验方程: 质量 =145*UCH2+50 2)利用 U18 硬件平台可实现模拟信号的采集输入(A/D 转换 ) 。电阻的变化可通过电桥电路转换为相应的电压信号, 因此电压信号与压力( 被测质量 ) 近似成线性关系 , 由于电桥输出信号较小且会受到外界信号的干扰, 因此在电桥输出后需加上放大电路与抗干扰电路。具体硬件电路如图: 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢
9、迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计如图所示 , 当压力传感器上压力变化时, 其电阻也相应发生线性变化, 从而压力桥式测量电路输出端电压发生变化 , 该变化电压通过连接器J2 进入由LM324 的 U8B 、U8C 、U8D 组成的差动放大电路进行一级放大, 再经过 LM324 的 U8A 进行二级放大后在CH2端输出一个与压力成正比的线性电压波形。其中通过调节电位器RX4来改变差动放大倍数, 在 U8D输出端得到一级放大信号; 通过调节电位器 RX5 来调节电路对称性 , 实现对于干
10、扰信号的抑制。3、2 实验步骤1) 接线: 将压力传感器经J2 连接至压力桥式测量电路, 将实验板模拟口XS1 与采集卡模拟口XS2 连接。2) 通过调节电位器RX4 来改变差动放大倍数, 在U6D 输出端得到一级放大信号; 通过调节电位器RX5 来调节电路对称性, 实现对干扰信号的抑制。3) 最终结果就是 : 在U8A 的输出端得到一个二级放大后的信号,该信号特点就是: 当压力增大时 , 该信号曲线显示增大的信息; 当压力减小时 , 该信号曲线幅度也相应应减小。4) 通过LabView 编程来实现电子秤的功能, 软件要求有“零”标定功能,即无砝码放入时, 软件认定为0 克, 通过提供的两个2
11、0 克的砝码来标定系统。3、3 软件流程精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计3、4 数据采集采集卡在设计中的作用将得到的Ucm电压送到数据采集卡中进行数据采集, 再通过 USB 线将数据送人计算机, 由计算机利用软件平台 labview进行控制与处理 . 数据采集卡 (DAQ)主要由多路开关、放大器、 采样保持器与 AD转换器等组成 , 它们与定时计数器、总线接口电路等做在一块印刷电路板上, 完成对被测信号的
12、采集、放大与模数转换任务。4、电子称系统软件设计4、1 用户界面设计系统用户界面设计图用户界面 ( 前面板 ) 就是虚拟仪器的重要组成部分, 仪器参数的设置、测试结果显示等功能都就是通过软件实现, 因此要求软件界面简单直接, 便于使用 . 前面板主要由输人控制器(contro1)与输出指示器 (indicate)组成。可通过控制模板与工具模板创建. 本系统设汁的用户界面主要包括将测量的重量用指针与数值初始化设备数据采集卡初始化读取采样数据读数据进行处理释放 AD部件释放设备就是否循环精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - -
13、- - - - - -第 6 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计显示面板 , 系统校准与标定( 有 0 g 与 2 个 10 g 标定系统 ) 与控制按钮。如图4、2 框图程序设计框图程序相当于程序的源代码,只有创建了框图程序后, 该程序才能真正运行。其设计主要就是对节点、数据端口与连线的设计。本系统采用模块化设计, 可将不同测量内容设计成单独的功能模块。各子模块分别完成一定的功能,在主界面程序或其它的子程序中调用。各功能模块间的独立性较强 ,一般都可单独调试、修改与移植。所以整个系统软件层次清晰、易于理解、便于修改、利于开发新功能。4、2、1
14、主控模块主控模块主要完成对系统的初始化、参数的设定、启动、释放数据采集卡、数据处理等功能程序运行过程分析: 1) 为了拥有对该设备的控制权在使用设备的一切功能前, 我们必须用CreateDevice函数创建一个设备对象句柄hDevice, 如下图函数我们只需要对这个pADPara精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计参数结构体的各个成员简单赋值即可实现所有硬件参数与设备状态的初始化。2) 初始化 AD部件:pA
15、DParaReturn Boolean ValuehDeviceInitDeviceAD功能 : 它负责初始化设备对象中的AD部件 , 为设备操作就绪有关工作, 如预置 AD采集通道 , 采样频率等 , 然后启动 AD设备开始 AD采集 , 随后 , 我们便可以连续调用ReadDeviceAD读取 USB设备上的AD数据以实现连续采集。注意: 每次在 InitDeviceAD之后所采集的所有数据, 其第一个点就是无效的, 必须丢掉 , 有效数据从第二个点开始返回值 : 如果初始化设备对象成功, 则返回 TRUE, 且 AD便被启动。否则返回FALSE, 用户可用GetLastError捕3)
16、数据处理利用求取的平均值乘以校准时求得b的数值得到的电压值再加上a的在校准时得到的数值就实现了称重数据的读取4) 根据 while循环变量就是否为真来判断就是否结束程序, 如果为真继续执行, 如果为假则推出程序。5) 释放设备hDeviceReturn Boolean ValueReleaseDevice功能 : 释放设备对象所占用的系统资源及设备对象自身。返回值 : 若成功 , 则返回 TRUE, 否则返回 FALSE, 用户可以用GetLastError捕获错误码。应注意的就是,CreateDevice必须与ReleaseDevice函数一一对应, 即当您执行了一次CreateDevice
17、,再一次执行这些函数前, 必须执行一次ReleaseDevice函数 , 以释放由CreateDevice占用的系统软硬件资源, 如系统内存等。 只有这样 , 当您再次调用CreateDevice函数时 , 那些软硬件资源才可被再次使用。4、2、2 数据采集模块 LabVIEW 的数据采集 (Data Acquisition)程序库包括了许多 NI 公司数据采集 (DAQ)卡的驱动控制程序。 通常, 一块卡可以完成多种功能 - 模/ 数转换 , 数/ 模转换 , 数字量输入 / 输出 , 以及计数器/ 定时器操作等。用户在使用之前必须DAQ 卡的硬件进行配置。这些控制程序用到了许多低层的DAQ
18、驱动程序。本课程需要一块安装好的DAQ 卡以及 LabVIEW 开发系统。本次设计中数据采集模块主要完成模拟量与数字量的相互转换, 实现数据的采集测量。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 16 页 - - - - - - - - - - 基于虚拟仪器的电子秤设计图中数组为初始化数组,0为初始值0, 每次执行完后按下按钮数组自动恢复初始值, 并依次循环 , 直到程序结束 ,10表示数组长度为了提高读取速率, 根据特定要求 , 其长度必须指定为32字的整数倍长 , 如 32、64、12
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